CN110437986A - 一种厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统及工艺 - Google Patents

一种厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及农业有机废弃物资源化利用领域，具体涉及一种厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统及工艺。厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统，包括：固液分离装置，设有液体出料管路和固体出料管路；所述固液分离装置用于分离初级发酵罐的出料；初级发酵罐，其底部设有出料口连接固液分离装置；次级沼液发酵罐，外接液体出料管路；所述次级沼液发酵罐用于对初级发酵罐的出料经固液分离产生的沼液进行二次发酵；次级沼渣发酵罐，外接固体出料管路；所述次级沼渣发酵罐用于对初级发酵罐的出料固液分离产生的沼渣进行二次发酵。本发明具有能够达到缩短有机废弃物厌氧停留时间、降低投资成本和运行能耗、提高发酵效率和装置容积负荷等有益效果。

Description

一种厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统及工艺
技术领域
本发明涉及农业有机废弃物资源化利用领域，具体涉及一种厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统及工艺。
背景技术
厌氧发酵工艺在世界范围内被广泛应用于解决环境、农业和能源问题，具有巨大的生态、社会和经济效益。利用厌氧发酵技术将有机废弃物转化为高产热值的沼气，是解决我国日益严峻的能源和环境问题的有效途径之一，具有巨大的开发潜力和研究意义。根据发酵底物的含固率不同，可以把厌氧发酵工艺分为湿发酵和干发酵，其中湿发酵易操控，但装置规模大，停留时间长，沼液处理处置和二次污染问题凸显；而干发酵装置产气率高，无沼液问题，但存在设备投资高、维护困难，发酵稳定性差，传热效率低等问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有干湿厌氧发酵系统中存在的诸多问题，研究开发一种厌氧发酵耦合沼渣静态发酵产沼的系统及工艺，达到缩短有机废弃物厌氧停留时间、降低投资成本和运行能耗、提高发酵效率和装置容积负荷的目的。
本发明的发明目的是通过下述方案得以实现：厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统，包括：固液分离装置，设有液体出料管路和固体出料管路；所述固液分离装置用于分离初级发酵罐的出料；初级发酵罐，其底部设有出料口连接固液分离装置；次级沼液发酵罐，外接液体出料管路；所述次级沼液发酵罐用于对初级发酵罐的出料经固液分离产生的沼液进行二次发酵；次级沼渣发酵罐，外接固体出料管路；所述次级沼渣发酵罐用于对初级发酵罐的出料固液分离产生的沼渣进行二次发酵。设置初级发酵罐，初级发酵罐发酵TS浓度12%-20%；初级发酵罐底部设有出料口连接固液分离装置；次级沼液发酵罐，外接液体出料管路；所述次级沼液发酵罐用于一级发酵出料经固液分离产生的沼液的二次发酵；所述次级沼渣发酵罐外接固体出料管路；将一级发酵的出料进行固液分离后，沼渣在静态发酵罐内进行二次发酵，沼液在次级沼液发酵罐内进行二次发酵，降低了设备投资和运行能耗，避免了单体发酵罐内发酵产物对发酵过程的扰动和制约，提高了物料的发酵效率和产气效率；通过沼液回流，保持了系统内菌种的稳定性，缩短了一级发酵系统的停留时间，加强了系统对有机酸和氨氮浓度变化的缓冲能力，提高了系统运行的稳定性；整个系统实现了秸秆废弃物的高效资源化利用，提高了抗负荷冲击能力，降低了工程建设和运营维护成本。
作为优选，所述初级发酵罐为带有搅拌机的密闭反应器，罐体顶部设有排气口，侧壁底部设有出料口，侧壁顶部设有进料口和沼液回流入口，进料口处固定有进料螺杆泵，出料管道上接近出料口处设有出料泵和阀门。本发明初级发酵罐为带有搅拌机的密闭反应器，罐体顶部设有排气口，侧壁底部设有出料口，侧壁顶部设有进料口和沼液回流入口，进料口处固定有进料螺杆泵，出料管道上接近出料口处设有出料泵和阀门，其发酵效果好，物料输送便捷。
作为优选，所述固液分离装置为螺旋挤压机，初级发酵罐出料口通过出料管道与螺旋挤压机的进料口相连。
作为优选，所述螺旋挤压机的出渣口通过螺旋输送机和出料管与次级沼渣发酵罐的进料口相连，进料管上设电动或气动刀闸阀，随螺旋输送机的启停而开关，出液口与次级沼液发酵罐的进料口相连。
作为优选，所述次级沼液发酵罐为用于沼渣静态发酵的碳钢罐，罐体顶部设有排气口，侧壁顶部设有进料口，侧壁底部设出料口，罐体底面设置有滑架卸料装置。
作为优选，滑架卸料装置包括滑架、导轨、卸料槽、卸料螺旋和液压驱动系统。
作为优选，卸料槽位于次级沼渣罐底部中心开设的凹槽内，卸料螺旋安装在卸料槽内，导轨铺设在次级沼渣罐底部平面。
作为优选，滑架由主梁、楔形直梁、曲梁、支撑梁构成；滑架主梁和支撑梁通过限位器固定在导轨上；主梁通过填料函与次级沼渣发酵罐外部的连杆相连，连杆与液压系统相连，液压系统通过连杆将动力传递给主梁，驱动滑架沿导轨做往复运动。
作为优选，所述次级沼渣发酵罐内根据需要设三个或多个透气笼，便于沼气逸出。
作为优选，所述次级沼渣发酵罐的混凝土基础内铺设加热盘管，所述盘管外接换热器，用于罐体内物料的升温。
作为优选，所述次级沼渣发酵罐的上部设计有物位计，可实时监测罐体内的物料高度，以调控物料的进出量。
作为优选，所述次级沼液发酵罐为全混湿式厌氧罐，罐体顶部设有排气口，侧壁顶部设有进料口，侧壁底部设出料口。
作为优选，所述沼液回流装置主要包括沼液回流泵、回流管和喷淋管，所述喷淋管分布在初级发酵罐顶部。
一种上述厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统的工艺，如下：有机废弃物通过进料螺杆泵进入初级发酵罐，在搅拌机的作用下与回流沼液和微生物菌种充分混合，然后进行初级发酵产生沼气，停留时间为10d~15d，经过初级发酵后，物料浓度为12%~20%；初级发酵罐的出料通过螺旋挤压机进行固液分离，产生的沼渣经螺旋输送机送入次级沼渣发酵罐中进行静态发酵反应，停留时间为15d~25d，物料发酵完全后通过滑架卸料装置排出后用于生产有机肥；固液分离后产生的沼液排入次级沼液发酵罐中进行发酵反应，停留时间为7d~15d，发酵产物通过回流装置泵入初级发酵罐中，为其补充氮源和菌种，以调节罐体内的pH，并回收热量保持系统内菌种的稳定性。
本发明中次级沼渣发酵罐内设有多个并列的透气笼便于沼气逸出，避免物料发酵产生的沼气因排出不畅而在罐体内聚集形成局部高压，对罐体造成破坏。本发明设置述螺旋出料机一端的出料槽设在罐体出料口旁，上部盖板固定在出料口上方的罐体外壁上，操作便捷，便于维护。本发明初级发酵罐为带有搅拌机的密闭反应器，罐体顶部设有排气口，侧壁底部设有出料口，侧壁顶部设有进料口和沼液回流入口，进料口处固定有进料螺杆泵，出料管道上接近出料口处设有出料泵和阀门，其发酵效果好，物料输送便捷。本发明所述固液分离装置为螺旋输送机；所述螺旋输送机的出渣口通过螺旋输送机与次级沼渣发酵罐的进料口相连，进料管上设电动或气动刀闸阀，随螺旋输送机的启停而开关，出液口与次级沼液发酵罐的进料口相连，其操作简单。本发明设置次级沼液发酵罐为全混式厌氧罐，罐体顶部设有排气口，侧壁顶部设有进料口，侧壁底部设出料口，便于发酵回收。本发明设置沼液回流装置包括沼液回流泵、沼液回流管和沼液喷淋管，所述沼液回流泵依次连接沼液喷淋管和回流罐；沼液喷淋管分布在初级发酵罐顶部，其便于将沼液输送回初级发酵罐。本发明设置静置厌氧罐的高径比不大于1.2，使得次级沼渣发酵罐处理效率更优。
本发明提供的一种厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统及工艺，其具有以下优点：
本发明所述的厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统，通过在初级发酵厌氧罐内中将物料充分混合后进行初级发酵，缩短了物料的停留时间，提高了容积负荷，降低了搅拌耗能；将初级发酵产物进行固液分离后，沼渣在次级沼渣发酵罐内进行静态发酵，沼液在次级沼液发酵罐内进行再次发酵，降低了设备投资和运行能耗，避免了单体发酵罐内发酵产物对发酵过程的扰动和制约，提高了物料的发酵效率和产气效率；次级沼渣发酵罐采用滑架卸料，能耗低，磨损小，解决了次级沼渣罐罐内物料由于自重挤压板结、卸料困难的难题；通过沼液回流，保持了初级发酵系统内菌种的稳定性，并强化了系统对有机酸和氨氮浓度的缓冲能力，提高了系统运行的稳定性；整个工艺可实现有机废弃物的高效资源化利用，提高了系统的抗负荷冲击能力，减少了发酵终端沼液的产生量，避免了沼液处理不当带来的环保问题，降低了工程建设和运营维护成本。因此，本发明旨在开发一种投资少、能耗低、运行稳定、效率高、易排料的厌氧发酵耦合沼渣静态发酵的系统及工艺，通过缩短初级发酵停留时间，控制次级沼渣发酵罐的顺利进出料，以实现有机废弃物高效节能的处理模式，为实现有机废弃物资源化、减量化和无害化做出积极贡献。
附图说明
附图1是本发明的一种厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统及工艺结构图；
附图2是本发明中滑架卸料装置的结构示意图；
附图3是本发明中加热盘管的结构示意图。
图示说明： 1.初级发酵罐；2.初级发酵罐搅拌机；3.初级发酵罐的进料口；4.初级发酵罐的排气口；5.沼液回流入口；6.初级发酵罐的出料口；7.进料螺杆泵；8.沼液喷淋管；9.出料泵；10.阀门；11.出料管道；12.螺旋挤压机；13.螺旋挤压机的进料口；14.螺旋挤压机的出渣口；15.螺旋挤压机的出液口；16.螺旋输送机；17.气动刀闸阀；18.次级沼液发酵罐；19.次级沼液发酵罐排气口；20.次级沼液发酵罐进料口；21.次级沼液发酵罐搅拌机；22.次级沼液发酵罐出料口；23.沼液回流管；24.沼液回流泵；25.次级沼渣发酵罐；26.次级沼渣发酵罐进料口；27.次级沼渣发酵罐排气口；28.物位计； 30.透气笼；31.滑架卸料装置；32.卸料螺旋；33.次级沼渣发酵罐出料口；34.卸料槽；35.曲梁；36.楔形直梁；37.支撑梁；38.导轨；39.限位器；40.主梁；41.填料函；42.连杆；43.液压驱动系统；44.换热器；45.加热盘管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1：如图1所示，一种厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统，包括：固液分离装置，设有液体出料管路和固体出料管路；所述固液分离装置用于分离初级发酵罐的出料；初级发酵罐1，初级发酵罐内部设置有初级发酵罐搅拌机2，初级发酵罐底部设有初级发酵罐的出料口6，初级发酵罐的出料口连接固液分离装置，初级发酵罐还包括初级发酵罐的进料口3、初级发酵罐的排气口4。次级沼液发酵罐18，外接液体出料管路；所述次级沼液发酵罐用于对初级发酵罐的出料经固液分离产生的沼液进行二次发酵；次级沼渣发酵罐25包括次级沼渣发酵罐排气口27、次级沼渣发酵罐进料口26以及次级沼渣发酵罐出料口33，外接固体出料管路；所述次级沼渣发酵罐用于对初级发酵罐的出料固液分离产生的沼渣进行二次发酵。初级发酵罐为带有搅拌机的密闭反应器，罐体顶部设有排气口，侧壁底部设有出料口，侧壁顶部设有进料口和沼液回流入口5，进料口处固定有进料螺杆泵7，出料管道上接近出料口处设有出料泵9和阀门10。固液分离装置为螺旋挤压机12，初级发酵罐出料口通过出料管道11与螺旋挤压机的进料口13相连。螺旋挤压机的出渣口14通过螺旋输送机16和出料管与次级沼渣发酵罐的进料口相连，进料管上设电动或气动刀闸阀17，随螺旋输送机的启停而开关，螺旋挤压机的出液口15与次级沼液发酵罐的进料口相连。次级沼液发酵罐为用于沼渣的静态发酵的碳钢罐，设置在次级沼液发酵罐内部的次级沼液发酵罐搅拌机21，罐体顶部设有次级沼液发酵罐排气口19，侧壁顶部设有次级沼液发酵罐进料口20，侧壁底部设次级沼液发酵罐出料口22，罐体底面设置有滑架卸料装置。次级沼渣发酵罐内根据需要设三个或多个透气笼30，便于沼气逸出。次级沼渣发酵罐的混凝土基础内铺设加热盘管45，所述加热盘管外接换热器44，用于罐体内物料的升温。次级沼渣发酵罐的上部设计有物位计28，可实时监测罐体内的物料高度，以调控物料的进出量。次级沼液发酵罐为全混湿式厌氧罐，罐体顶部设有排气口，侧壁顶部设有进料口，侧壁底部设出料口。沼液回流装置主要包括沼液回流泵24、沼液回流管23和沼液喷淋管8，所述喷淋管分布在初级发酵罐顶部。如图2、3所示，滑架卸料装置31包括滑架、导轨38、卸料槽34、卸料螺旋32和液压驱动系统43。卸料槽位于次级沼渣罐底部中心开设的凹槽内，卸料螺旋安装在卸料槽内，导轨铺设在次级沼渣罐底部平面。滑架由主梁40、楔形直梁36、曲梁35、支撑梁37构成；滑架主梁和支撑梁通过限位器39固定在导轨上；主梁通过填料函41与次级沼渣发酵罐外部的连杆42相连，连杆与液压系统相连，液压系统通过连杆将动力传递给主梁，驱动滑架沿导轨做往复运动。
设置初级发酵罐，初级发酵罐发酵TS浓度12%-20%；初级发酵罐底部设有出料口连接固液分离装置；次级沼液发酵罐，外接液体出料管路；所述次级沼液发酵罐用于一级发酵出料经固液分离产生的沼液的二次发酵；所述次级沼渣发酵罐外接固体出料管路；将一级发酵的出料进行固液分离后，沼渣在静态发酵罐内进行二次发酵，沼液在次级沼液发酵罐内进行二次发酵，降低了设备投资和运行能耗，避免了单体发酵罐内发酵产物对发酵过程的扰动和制约，提高了物料的发酵效率和产气效率；通过沼液回流，保持了系统内菌种的稳定性，缩短了一级发酵系统的停留时间，加强了系统对有机酸和氨氮浓度变化的缓冲能力，提高了系统运行的稳定性；整个系统实现了秸秆废弃物的高效资源化利用，提高了抗负荷冲击能力，降低了工程建设和运营维护成本。
一种上述厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统的工艺，如下：有机废弃物通过进料螺杆泵进入初级发酵罐，在搅拌机的作用下与回流沼液和微生物菌种充分混合，然后进行初级发酵产生沼气，停留时间为10d~15d，经过初级发酵后，物料浓度为12%~20%；初级发酵罐的出料通过螺旋挤压机进行固液分离，产生的沼渣经螺旋输送机送入次级沼渣发酵罐中进行静态发酵反应，停留时间为15d~25d，物料发酵完全后通过滑架卸料装置排出后用于生产有机肥；固液分离后产生的沼液排入次级沼液发酵罐中进行发酵反应，停留时间为7d~15d，发酵产物通过回流装置泵入初级发酵罐中，为其补充氮源和菌种，以调节罐体内的pH，并回收热量保持系统内菌种的稳定性。
本发明中次级沼渣发酵罐内设有多个并列的透气笼便于沼气逸出，避免物料发酵产生的沼气因排出不畅而在罐体内聚集形成局部高压，对罐体造成破坏。本发明设置述螺旋出料机一端的出料槽设在罐体出料口旁，上部盖板固定在出料口上方的罐体外壁上，操作便捷，便于维护。本发明初级发酵罐为带有搅拌机的密闭反应器，罐体顶部设有排气口，侧壁底部设有出料口，侧壁顶部设有进料口和沼液回流入口，进料口处固定有进料螺杆泵，出料管道上接近出料口处设有出料泵和阀门，其发酵效果好，物料输送便捷。本发明所述固液分离装置为螺旋输送机；所述螺旋输送机的出渣口通过螺旋输送机与次级沼渣发酵罐的进料口相连，进料管上设电动或气动刀闸阀，随螺旋输送机的启停而开关，出液口与次级沼液发酵罐的进料口相连，其操作简单。本发明设置次级沼液发酵罐为全混式厌氧罐，罐体顶部设有排气口，侧壁顶部设有进料口，侧壁底部设出料口，便于发酵回收。本发明设置沼液回流装置包括沼液回流泵、沼液回流管和沼液喷淋管，所述沼液回流泵依次连接沼液喷淋管和回流罐；沼液喷淋管分布在初级发酵罐顶部，其便于将沼液输送回初级发酵罐。本发明设置静置厌氧罐的高径比不大于1.2，使得次级沼渣发酵罐处理效率更优。
有机废弃物通过进料螺杆泵排入初级发酵罐，在搅拌机的作用下，物料与回流沼液和微生物菌种充分混合后进行初级发酵反应，发酵温度控制为37℃~42℃，停留时间为12d；初发酵产物经出料口排出，经螺旋挤压机固液分离后，产生的沼渣通过螺旋输送机和进料管进入次级沼渣发酵罐进行静态发酵，通过铺设在罐底混凝土基础内的加热盘管实现对发酵温度的控制，发酵温度为37℃~42℃，停留时间为22d；次级沼渣发酵罐发酵残余物通过滑架卸料装置排出，发酵产生的沼气从安设在罐体内的透气笼逸出后经排气口排出；固液分离后产生的沼液经次级沼液发酵罐进料口排入罐中发酵，发酵温度控制为37℃~42℃，停留时间为8d；次级沼液发酵罐产生的沼液通过回流装置泵入初级发酵罐中，通过喷淋管均匀喷洒于物料上，用于调节罐内的pH，补充微生物代谢所需的氮源，并回收热量保持系统内菌种的稳定性。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统，其特征在于，包括：
固液分离装置，设有液体出料管路和固体出料管路；所述固液分离装置用于分离初级发酵罐的出料；
初级发酵罐，其底部设有出料口连接固液分离装置，初级发酵罐发酵TS浓度12%-20%；
次级沼液发酵罐，外接液体出料管路；所述次级沼液发酵罐用于对初级发酵罐的出料经固液分离产生的沼液进行二次发酵；
次级沼渣发酵罐，外接固体出料管路；所述次级沼渣发酵罐用于对初级发酵罐的出料固液分离产生的沼渣进行二次发酵。
2.如权利要求1所述的一种厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统，其特征在于，所述初级发酵罐为带有搅拌机的密闭反应器，罐体顶部设有排气口，侧壁底部设有出料口，侧壁顶部设有进料口和沼液回流入口，进料口处固定有进料螺杆泵，出料管道上接近出料口处设有出料泵和阀门。
3.如权利要求1所述的一种厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统，其特征在于，所述固液分离装置为螺旋挤压机，初级发酵罐出料口通过出料管道与螺旋挤压机的进料口相连。
4.如权利要求3所述的一种厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统，其特征在于，所述螺旋挤压机的出渣口通过螺旋输送机和出料管与次级沼渣发酵罐的进料口相连，进料管上设电动或气动刀闸阀，随螺旋输送机的启停而开关，出液口与次级沼液发酵罐的进料口相连。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统，其特征在于，所述次级沼渣发酵罐为用于沼渣静态发酵的碳钢罐，罐体顶部设有排气口，侧壁顶部设有进料口，侧壁底部设出料口，罐体底面设置有滑架卸料装置。
6.如权利要求5所述的一种厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统，其特征在于，滑架卸料装置包括滑架、导轨、卸料槽、卸料螺旋和液压驱动系统。
7.如权利要求6所述的一种厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统，其特征在于，卸料槽位于次级沼渣罐底部中心开设的凹槽内，卸料螺旋安装在卸料槽内，导轨铺设在次级沼渣罐底部平面。
8.如权利要求6所述的一种厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统，其特征在于，滑架由主梁、楔形直梁、曲梁、支撑梁构成；滑架主梁和支撑梁通过限位器固定在导轨上；主梁通过填料函与次级沼渣发酵罐外部的连杆相连，连杆与液压系统相连，液压系统通过连杆将动力传递给主梁，驱动滑架沿导轨做往复运动。
9.如权利要求1或2或3或4所述的一种厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统，其特征在于，所述次级沼渣发酵罐内根据需要设三个或多个透气笼，便于沼气逸出。
10.一种如权利要求1至9中任意一项所述的一种厌氧发酵耦合沼渣静态发酵高效产沼的系统的工艺，其特征在于，有机废弃物通过进料螺杆泵进入初级发酵罐，在搅拌机的作用下与回流沼液和微生物菌种充分混合，然后进行初级发酵产生沼气，停留时间为10d~15d，经过初级发酵后，物料浓度为12%~20%；初级发酵罐的出料通过螺旋挤压机进行固液分离，产生的沼渣经螺旋输送机送入次级沼渣发酵罐中进行静态发酵反应，停留时间为15d~25d，物料发酵完全后通过滑架卸料装置排出后用于生产有机肥；固液分离后产生的沼液排入次级沼液发酵罐中进行发酵反应，停留时间为7d~15d，发酵产物通过回流装置泵入初级发酵罐中，为其补充氮源和菌种，以调节罐体内的pH，并回收热量保持系统内菌种的稳定性。
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